提要： 根據(jù)某污水處理廠的工藝特點，設(shè)計了一套計算機控制系統(tǒng)，采用了先進的控制策略進行pH 的區(qū)間控制，從而降低了生產(chǎn)成本。目前該處理廠已經(jīng)能經(jīng)濟可靠地運行，處理后污水達(dá)到了國家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞: 污水處理廠 自控系統(tǒng) 工控軟件 PLC控制
近年來，為了實現(xiàn)高質(zhì)量、低消耗、穩(wěn)定可靠的運行，國內(nèi)外許多污水處理廠采用了現(xiàn)代先進控制技術(shù)和計算機技術(shù)，從而構(gòu)成計算機監(jiān)督、控制、管理系統(tǒng)，使系統(tǒng)優(yōu)化運行。
本文介紹的污水處理廠，采用了成熟先進的自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)，對污水處理的整個過程進行實時監(jiān)督和控制，達(dá)到降低系統(tǒng)運行成本，保證污水排放質(zhì)量、實現(xiàn)少人/無人值守等目標(biāo)?？紤]到酸堿中和過程是污水處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于污水處理的效果和效率有極大的影響，系統(tǒng)中采用了先進的自動控制策略，實現(xiàn)了污水pH區(qū)間控制，極大地降低了生產(chǎn)成本。
1 工藝流程簡述
由于該污水處理廠需要處理的污水水質(zhì)比較復(fù)雜，特別是來自工業(yè)區(qū)的污水COD濃度高，組分多變，處理難度大。為確保污水處理達(dá)標(biāo)、運行管理可靠、處理費用經(jīng)濟，采用了A/O +接觸氧化工藝，工藝流程見圖1。
圖1 A/O＋接觸氧化工藝流程
污水進入污水處理廠后，經(jīng)格柵由提升泵提升至均質(zhì)池，池內(nèi)有攪拌機攪拌以防止懸浮物沉淀，并使水質(zhì)均勻。均質(zhì)池停留時間為24 h。當(dāng)進水流量超過設(shè)計允許流量時，污水由均質(zhì)池溢流至事故調(diào)節(jié)池，若直接進水水質(zhì)超過設(shè)計允許值(非正常)時，污水由提升泵提升至事故調(diào)節(jié)池。在來水流量正常時，將事故調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水逐量回流至提升泵房吸水井。事故調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)時間為8 h ，池內(nèi)有潛水?dāng)嚢铏C攪拌，以防止懸浮物沉淀。當(dāng)來水pH短時非正常波動時，加藥間酸、堿高位槽通過計算機控制系統(tǒng)向均質(zhì)池出水管上的靜態(tài)混合器投加酸或堿來調(diào)節(jié)pH。
經(jīng)過均質(zhì)后的污水進入初沉池，以去除可沉的固體懸浮物及化學(xué)污泥。初沉池出水進入活性污泥法缺/好氧生化池的缺氧段，缺氧段水力停留時間為6 h，缺氧段有攪拌機攪拌，使進水與二沉池回流來的活性污泥及好氧段出水回流來的硝化液混合，并維持缺氧狀態(tài)。污水在缺氧段中去除部分有機物并促使回流液中所含硝態(tài)氮還原成氮氣排除。為強化生化處理效果，引入生物鐵法處理技術(shù)。在投加少量鐵鹽的情況下，可有效提高微生物的活力，有利于維持生化系統(tǒng)較高的活性污泥濃度，生物鐵法對COD的去除率及對含難降解物質(zhì)的污水處理效果有明顯提高。經(jīng)缺氧段的污水進入好氧段，好氧段水力停留時間為12 h。通過曝氣軟管和曝氣管對好氧段污水鼓風(fēng)曝氣，維持水中溶解氧2 mg/L以上，大部分有機物在該段中通過微生物的好氧生化作用降解去除，同時污水中有機氮及氨氮除微生物自身生長利用一部分外，其余部分大多被氧化成硝態(tài)氮。好氧段出水一部分回流至缺氧段，其余進入二沉池進行泥水分離，并將二沉池活性污泥回流至缺氧段。
二沉池出水進入接觸氧化池進一步降解污水中剩余的有機物。接觸氧化池水力停留時間為 6 h，池內(nèi)設(shè)TB/TA＋TH混合彈性波紋立體填料及組合填料，接觸氧化池出水進入終沉池進行泥水分離。
污泥濃縮采用重力濃縮方式。初沉池污泥、二沉池剩余污泥及終沉池污泥混合進入濃縮池濃縮，濃縮后的污泥由螺桿泵提升至帶式壓濾機進行脫水，同時投加聚丙烯酰胺絮凝劑。脫水后的泥餅通過膠帶運輸機送至污泥堆棚外運處置。濃縮池上清液及濾液排入廠區(qū)污水系統(tǒng)并進入提升泵房集水池［5］。
2 計算機自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
根據(jù)該污水廠處理過程的工藝設(shè)備及流程特點，從可靠性、易維護性、經(jīng)濟性出發(fā)，并根據(jù)管理集中、控制分散的原則，本控制系統(tǒng)采用了分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即將整個控制結(jié)構(gòu)分為3層：第一層采用工業(yè)控制計算機的中央控制層(操作站)，主要完成設(shè)定值的操作輸入(如流量設(shè)定值、pH控制設(shè)定值)、通訊、系統(tǒng)報警、運行管理以及所有工藝參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)的顯示；第二層為現(xiàn)場控制層(PLC)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、控制算法的實現(xiàn)、控制命令的下發(fā)以及工藝信號的連鎖等功能；第三層為執(zhí)行層，即各類傳感器、變送器和執(zhí)行機構(gòu)，完成上一層下發(fā)的所有控制命令和數(shù)據(jù)采集?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
中控室操作站、加藥間一體化工控機、脫水機房一體化工控機、廠長室計算機、中控室PL C、加藥間PLC以及脫水機房PLC通過8口HUB組成一個工業(yè)以太網(wǎng)。中控室操作站監(jiān)控污水處理和污泥處理的全過程，是整個計算機系統(tǒng)的樞紐。加藥間一體化工控機監(jiān)控加藥區(qū)域的過程，脫水機房一體化工控機監(jiān)控濃縮池、脫水機房區(qū)域的處理過程。廠長室計算機系統(tǒng)僅有監(jiān)測功能，沒有控制功能，所監(jiān)測的是污水處理、污泥處理的全過程。
中控室操作站和模擬屏之間通過RS232進行串行通信。上位機與上位機以及與PLC之間都是采用以太網(wǎng)通信方式。上位機只需插上普通網(wǎng)卡，裝上SOFTNET軟件，就可以通過工控軟件自帶的I/O SERVER軟件和西門子SIMATIC S7-300 PLC通信。PLC的編程語言是STEP 7，通訊模塊是CP340，它的I/O模塊通過繼電器隔離與現(xiàn)場信號連接［1，3］。
3 系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能
系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為PLC軟件、InTouch工控軟件和用VB軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件。
PLC軟件從現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、控制流量和控制pH。InTouch軟件實現(xiàn)中控室的組態(tài)，并且通過 I/O SERVER 和其它上位機及PLC進行通訊，傳送數(shù)據(jù)和報警信號。用VB軟件開發(fā)的應(yīng)用軟件實現(xiàn)其它幾臺上位機的組態(tài)功能、與模擬屏通訊和產(chǎn)生數(shù)據(jù)報表等功能。
3.1 PLC軟件功能
PLC軟件實現(xiàn)一些簡單的控制算法、數(shù)據(jù)采集、與上位機通訊、控制指令下發(fā)和就地控制等?？刂扑惴ㄖ饕羞M入初沉池流量的PID控制算法和混合器pH的模糊控制算法，參數(shù)由上位機給出。
因為曝氣池中好氧菌的繁殖對pH大小有一定的要求，同時pH也會影響污水中氧化分解反應(yīng)的速度。一般要求pH的范圍保持在7.5～9.0左右［2］。根據(jù)測量得到的混合器pH以及pH的設(shè)定值，采用模糊控制方法通過調(diào)節(jié)稀釋硫酸或稀釋氫氧化鈉管道上的電動控制閥實現(xiàn)pH的區(qū)間設(shè)定控制。如果pH已滿足設(shè)定要求，控制系統(tǒng)自動停止加藥，以節(jié)省運行成本。模糊控制器結(jié)構(gòu)示意見圖3［6～7］。
圖3 模糊控制器結(jié)構(gòu)示意
3.2 InTouch軟件功能
InTouch工控軟件實現(xiàn)了畫面組態(tài)，形象地反映污水處理實際現(xiàn)場工藝控制過程，動態(tài)顯示數(shù)據(jù)，同時可以查看數(shù)據(jù)的歷史趨勢、實時趨勢和歷史報警表。報警上、下限參數(shù)的設(shè)定和PLC控制參數(shù)的設(shè)置也是通過它來進行。
全廠工藝流程界面見圖4。
圖4 全廠工藝流程界面
歷史趨勢圖最多可以同時顯示8根曲線，操作人員可以隨意改變要顯示的變量和顯示的時間，并可打印。可以指示當(dāng)前值，一段區(qū)域內(nèi)的平均值、最大值和最小值［4］。
報警系統(tǒng)包括故障報警和超限報警。有報警產(chǎn)生時，相應(yīng)部分的畫面變成紅色并不斷閃爍地報警，一直到異常情況消失為止，同時把報警產(chǎn)生的時間和報警的情況記錄下來。
4 結(jié)語
本系統(tǒng)在檢測儀表、PLC控制、上位機以及網(wǎng)絡(luò)上都選用了較為先進、成熟和可靠的設(shè)備，并采用了先進的控制策略進行pH的區(qū)間控制。由于對控制工藝的比較了解，開發(fā)、調(diào)試等過程都比較順利，滿足了用戶的需求，實踐證明了本控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。本控制系統(tǒng)的特點如下：
(1)易維護，通過計算機的操作界面，很直觀地進行系統(tǒng)的檢測和維護；
(2)操作方便，利用人機工程學(xué)理論設(shè)計的操作界面充分考慮了操作的簡便。另外，所有現(xiàn)場的開關(guān)(包括電氣開關(guān))可以通過計算機系統(tǒng)的操作界面實現(xiàn)其軟開關(guān)，從而對于一些簡單的維護、檢測等，可以直接在操作界面上完成，而不需要到現(xiàn)場或不需在儀表柜上操作開關(guān)(現(xiàn)場的電氣開關(guān)仍保留)。
(3)高可靠性，系統(tǒng)采用了集中管理、分散控制的分布式控制技術(shù)，從而保證了系統(tǒng)具有較高的可靠性。
(4)采用了先進的控制策略來進行pH的區(qū)間控制，節(jié)省了生產(chǎn)成本。
參考文獻
